Hibridizacija

1
Hibridizacija (s - elektroni)
H2O
O ? (1s)2(2s)2(2p)4
2s
2py
2pz
2px
1s
H atom
1s
jezgra O atoma

_

2px
1s
Predvida kut HOH od 900! Eksperimentalni kut je
104.50! Kako objasniti?
_
H atom
2py
2
Još dva primjera
CH4
NH3
N
H
109.50
H
H
H
C
H
1070
H
H
Kut izmedu 2p orbitala je 900. Ovi kutovi se
razlikuju od toga!
tetraedarska simetrija! Svi kutovi su isti!
3
Pauling i Slater Elektroni se ne nalaze u
cistim s i p orbitalama vec dolazi do
hibridizacije!
sp hibridi


2s
2p
Y1
_

2s
2p
Y2
položaj jezgre atoma!
hibridi nastaju linearnom kombinacijom 2s i 2p
AO-s na istom atomu!
4
ovdje je hibridna orbitala pozitivna
položaj jezgre atoma
Y1
Y2
Iz ortonormiranosti 2s i 2p orbitala slijedi
ortonormiranost sp hibrida!
ovdje je hibridna orbitala negativna

• Karakteristike sp hibrida
• Usmjerenost hibrida Y1 i Y2 (Y1 hibrid je
  usmjeren prema desno a Y2 hibrid prema lijevo)
• Kut izmedu 2 sp hibrida je 1800!

5
Zašto dolazi do hibridizacije?

• 2p orbitala ima nešto višu energiju od 2s
  orbitale. Stoga je potrebno potrošiti nešto
  energije da se elektron iz 2s orbitale
  promovira u sp hibrid! To je negativan
  doprinos!
• sp hibrid je puno više usmjeren od 2s i od 2p
  orbitale. Stoga, ako se u smjeru usmjerenja sp
  hibrida nalazi orbitala nekog drugog atoma,
  dolazi do puno jace kemijske veze nego li u
  slucaju 2s ili 2p orbitale. To je pozitivan
  doprinos!

U konacnom balansu pozitivan doprinos je puno
jaci od negativnog i stoga je energetski povoljno
formiranje hibrida!
Glavni razlog nastajanja hibrida je mala razlika
u energiji 2s i 2p orbitale. Da je ta razlika
puno veca, do hibridizacije ne bi dolazilo!
6
2s i 2p orbitale se mogu kombinirati i u druge
hibride (ne samo sp)
Opcenit nacin formiranja hibridnih orbitala
hibridne orbitale
Atomske 2s i 2p orbitale (na istom atomu!)
hibridne orbitale moraju biti ortonormirane! (medu
sobno ortogonalne i normirane)
7
sp2 hibridi
2s, 2px i 2py
Y2
y
x
Y1
kut izmedu sp2 hibrida je 1200!
Y3
sp3 hibridi
2s, 2px, 2py i 2pz
kut izmedu sp3 hibrida je tetraedarski 109.50!
primjer CH4
8
Formiranje kemijske veze atoma A i B
prekrivanje orbitala
A
B
sp
sp2
sp3
Veza nastala interakcijom hibrida na atomu A i AO
(ovdje 1s orbitale) na atomu B.
opadanje jacine usmjerenosti hibrida
Veza nastala interakcijom hibrida na atomu A i
hibrida na atomu B.
prekrivanje orbitala
Jacina veze je približno proporcionalna
prekrivanju orbitala!
B
A
jezgre atoma A i B
9
Stvaranje s kemijske veze (primjer sa sp-sp
vezom)
s spa-spb
E
spa
spb
atom A
atom B
s spaspb
Atom A donira 1 elektron u spa hibrid (sp hibrid
na atomu A), a atom B donira 1 elektron u spb
hibrid. Hibridi interagiraju stvarajuci veznu s
orbitalu u koju se smještaju oba elektrona (sa
suprotnim spinovima). Na isti nacin nastaju i
drugi tipovi s veze (kombinacije sp-s, sp2-s itd.)
10
Integrali prekrivanja hibrida
C-H
C-C
S sp-sp 0.88 sp2-sp2
0.78 sp3-sp3 0.67
S sp-s 0.76 sp2-s
0.74 sp3-s 0.72
jace prekrivanje ? jaca veza!
11
CH4
NH3
usamljeni elektronski par
H
sp3
jezgra N atoma
N
sp3
H
C
H
jezgre H atoma
H
unutrašnji kutovi izmedu sp3 hibrida su
približno tetraedarski 1070 (radi
elektrostatskog odbijanja elektronskog para to je
nešto manje od tetraedarskog kuta)
svi kutovi izmedu sp3 hibrida su tetraedarski
109.50
12
C2H6
H
H
C
H
H
C
sp3 hibridi
H
H
Formiranje kemijskih veza kod molekule C2H6. C-C
veza nastaje interakcijom dva sp3 hibrida. Svaka
C-H veza nastaje interakcijom jednog sp3 hibrida
i 1s AO na odgovarajucem H atomu! Dvije CH3 grupe
relativno lako rotiraju oko osi odredene C-C
vezom!
13
H
H
C3H8
C
H
H
H
C
C
H
Svi hibridi su sp3 hibridi! Relativno slobodna
rotacija CH3 grupa!
H
H
14
C2H4
H
H
sp2 hibridi
C
C
H
H
Svaki C atom donira 3 vezna elektrona u sp2
hibride (u svaki hibrid po jedan elektron). Ti
elektroni stvaraji 5 s veza (jedna C-C i cetiri
C-H s veze). Te s veze stvaraju krutu planarnu
geometriju C2H4 molekule! Preostaje po 1 vezni
elektron za svaki C atom!
15
Pogled sa strane na molekulu C2H4
p veza
H
H
C
C
H
H
z os
2pz orbitale
Preostala 2 elektrona se nalaze u 2pz orbitalama
i tvore p vezu! Ta veza onemogucava rotaciju CH2
grupa oko C-C osi! (što se tice s-elektrona, ta
rotacija bi bila moguca!)
radi razlicitih simetrija s i p elektroni ne
interagiraju (tocnije interagiraju vrlo slabo!)
16
Metoda maksimalnog prekrivanja jace prekrivanje
? jaca veza!
Y1
Y1 i Y2 su spn hibridi gdje je n varijabilno (ne
nužno cijeli broj!)
y
f
Y1 i Y2 su ortonormirani ?Y1Y2dt0, ?Y1Y1dt1,
?Y2Y2dt1
x
Y2
Dva ortogonalna hibrida pod kutom f!
17
Y1a sb p1
hibridi istog tipa (iste hibridizacije)
Y2a sb p2
linearne kombinacije px i py orbitala
a2b21
radi ortogonalnosti s i p orbitala!
s karakter hibridizacije!
F je kut medu hibridima!
18
s karakter hibrida kao funkcija kuta izmedu
hibrida
a2
ciste p orbitale
f
sp hibrid
sp3 hibrid
sp2 hibrid
U metodi maksimalnog prekrivanja se maksimizira
ukupno prekrivanje (približna masimizacija
energije svih kemijskih veza). Hibridi više nisu
cisti sp, sp2 i sp3 i dobivaju se realniji
kutovi!
19
Pitanja hibridizacija

• Zašto je potrebna hibridizacija? Kako
  objašnjavamo kutove kod molekule vode, molekule
  amonijaka itd.?
• Kako nastaje hibridizacija? Cime je ona
  omogucena?
• Objasnite svojstva sp (sp2, sp3) hibrida!
• Što je to metoda maksimalnog prekrivanja?
• Kako ovisi s karakter dva istovjetna hibrida o
  kutu izmedu njih?
• Kako ovisi jacina usmjerenosti hibrida o vrsti
  hibrida?

• Objasnite pomocu hibridizacije geometriju CH4
  (NH3) molekule!
• Objasnite geometriju C2H6 (C3H8) molekule!
• Objasnite geometriju C2H4 molekule!
• Zašto CH3 grupe kod molekule C2H6 relativno
  slobodno rotiraju oko C-C veze, a CH2 grupe kod
  molekule C2H4 ne rotiraju oko C-C veze?
• Koja su svojstva hibridnih orbitala?